20 kV系統(tǒng)保護配置及整定方案

湯向華，施雄杰，東志清

（江蘇省海門市供電公司,江蘇海門 226100）

當(dāng)前我國的配電網(wǎng)絡(luò)基本上還是以10 kV系統(tǒng)為主，隨著工業(yè)的快速發(fā)展，在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，10 kV系統(tǒng)容量小、損耗大的問題日益突出[1]。20 kV系統(tǒng)的出現(xiàn)當(dāng)然也在情理之中，20 kV系統(tǒng)已從原來的試點走向了推廣[2]，目前20 kV系統(tǒng)的一二次設(shè)備研究已日趨成熟，但如何對保護進行合理配置和整定計算還處在仁者見仁、智者見智階段。對于經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，與目前運行的10 kV、35 kV系統(tǒng)沒什么區(qū)別；但對于經(jīng)小電阻接地的系統(tǒng)而言，因為引入了零序電流，情況就大不一樣。

1 保護配置的特點

現(xiàn)有的35 kV和10 kV配網(wǎng)系統(tǒng)為中性點不接地系統(tǒng)[3]，在發(fā)生單相接地故障時，接地電流僅為導(dǎo)線的對地電容電流，電流值很小，一般只有幾安培，規(guī)程規(guī)定該系統(tǒng)還可以運行2個小時[5]，現(xiàn)場采用只發(fā)信不跳斷路器的方式，因此對35 kV和10 kV中性點不接地系統(tǒng)只需配置相間過流保護，就能滿足要求。而采用經(jīng)小電阻接地方式的20 kV系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障時，會產(chǎn)生較大的短路電流，通常達到600 A左右，必須快速切除，因此需考慮增加零序過流保護作為單相接地故障的主保護，這就要求出線電流互感器（TA）需采用3相3TA接線方式以取得自產(chǎn)零序電流或是增加獨立的零序TA。在現(xiàn)場，對于主變20 kV側(cè)零序過流和20 kV出線零序過流保護通常采用二段式。

2 原理和計算分析

根據(jù)《3～110 kV電網(wǎng)繼電保護運行整定規(guī)程》6.2.8的要求[1]：10～35 kV低電阻接地系統(tǒng)中接地電阻的選取宜為6～30 Ω，單相接地故障時零序電流（3I0）以1 000 A內(nèi)為宜[5]。目前常見的20 kV接地系統(tǒng)變壓器均為Y/Yn0+D接線方式，變壓器中性點安裝有一個20 Ω的電阻器，主變低壓側(cè)有一個三角形接線的平衡線圈 （如圖1 20 kV系統(tǒng)的一次圖），使得高壓側(cè)的零序電流經(jīng)平衡線圈接地，切斷了高壓側(cè)往低壓側(cè)輸送零序電流的回路，迫使高壓側(cè)與20 kV低壓側(cè)各自成一個零序網(wǎng)絡(luò)，互不影響，也使得零序保護的整定相對簡單，同時考慮兩相接地故障可由相過流保護動作切除，這里只考慮單相接地故障，則使得整定進一步的簡單。

20 kV零序網(wǎng)絡(luò)圖見圖2。

以 63 000 kVA，U%＝10.76，Zb=10.76/63=0.170 8的主變，主變出口故障（ZL0＝0）為例。

從以上計算可以看出，相對于20 Ω電阻來講，主變的正序、零序阻抗很小，可以忽略，相當(dāng)于20 kV的電壓直接加在20 Ω電阻上產(chǎn)生的零序電流，由此計算簡化為：3I0為606 A滿足單相接地故障時零序電流（3I0）在1 000 A以內(nèi)的要求，但必須考慮到若有N臺主變并列運行的話，則零序電流將達N×606 A，超過了1 000 A的要求，且根據(jù)規(guī)程規(guī)定低電阻接地系統(tǒng)必須且只能有一個中性點接地運行，由此就必須在運行規(guī)程中規(guī)定主變不得并列運行。

在考慮出線的情況時，則情況較復(fù)雜，若是電纜出線零序阻抗相對較小，如是長架空出線的線路阻抗較電纜阻抗會有10倍以上的比例，定值計算必須充分考慮線路阻抗的影響，以10 km架空出線（LGJ-240）為例，電抗為（1.32+j4）Ω。

（1）考慮金屬性接地，則 3I0=3×21 000/[1.732×3（20+1.32+j4）]＝559 A。

（2）考慮過渡電阻（20 Ω）接地，則 3I0=3×21 000/[1.732×3（20+1.32+j4+20）]＝292.2 A。

（3）兩相接地故障的零序電流可能會更小，但兩相接地時，相間電流會很大，完全可以由相間過流保護動作，切除故障。

3 整定方案

3.1 線路零序一段

（1）作為線路單相接地故障的主保護，以10 km架空線單相接地零序電流559 A考慮，并保證足夠靈敏度，線路的I段按保證靈敏度2倍整定。

（2）躲不平衡電流（設(shè)600/5的TA）

（3）零序I段的時限≥0.3，I段增加0.3 s主要考慮：躲線路配變勵磁涌流的影響；躲線路配變低壓側(cè)故障引起的不平衡電流的影響。

綜合考慮I0dz1取276 A/0.3 s。

參照《3 kV～110 kV電網(wǎng)繼電保護運行整定規(guī)程》6.2.8的要求：保護整定與運行要兼顧靈敏性、速動性和選擇性，低電阻接地系統(tǒng)的設(shè)備發(fā)生單相接地故障，本設(shè)備的保護應(yīng)可靠切除故障，允許短延時動作[1]。

3.2 線路零序二段

（1）線路的II段按保證靈敏度4倍整定

（2）躲不平衡電流

（3）考慮按20 Ω接地，按靈敏度2倍整定

綜合考慮I0dz2取144 A/0.6 s。

根據(jù)《3 kV～110 kV電網(wǎng)繼電保護運行整定規(guī)程》6.2.8的要求：在低電阻接地系統(tǒng)中，應(yīng)考慮線路經(jīng)高阻接地故障的靈敏度，線路零流保護最末一段定值不宜過大[1]。

3.3 主變零序一段

（1）作為線路單相接地故障的后備，與線路零序I段配合。按保證足夠靈敏度整定，主變根據(jù)逐級配合的要求按1.3倍出線定值考慮。

（2）躲不平衡電流

（3）零序I段的時限≥0.3 s。

綜合考慮I0dz1取360 A/0.7 s跳分段/1.0 s跳本側(cè)/1.3 s跳主變各側(cè)。

3.4 主變零序二段

（1）應(yīng)與線路零序二段配合。線路的II段按保證靈敏度4倍整定，主變按1.3倍出線考慮。

（2）躲不平衡電流（及線路的電容電流）。

綜合考慮I0dz2取180 A/1.0 s跳分段/1.3 s跳本側(cè)/1.6 s跳主變各側(cè)。

如果考慮20 kV出線可能會作為聯(lián)絡(luò)線轉(zhuǎn)供對側(cè)變電所的出線時，可以在上述時限定值的基礎(chǔ)上，再增加一個級差[4]。

上述分析中，還需注意：單相接地故障，相過流保護與零序保護都將感受短路電流，當(dāng)相過流保護定值小于606 A時，兩者均有可能動作，如果時限配合不合理的話，有可能單相故障，相過流保護先動作，給故障后分析問題、排查故障帶來不便，因此在定值設(shè)置時，應(yīng)注意將相間過流定時限段定值盡量抬高至606 A以上 （相間速動段一般定值較大），時限定值大于零序二段時限，確保單相故障，零序保護先動作。

4 結(jié)束語

（1）20 kV系統(tǒng)須增加零序保護，以便快速消除單相短路故障給系統(tǒng)帶來的影響；

（2）2臺主變以上變電所，20 kV系統(tǒng)不宜并列運行，以降低單相故障時的短路電流；

（3）主變20kV系統(tǒng)零序網(wǎng)絡(luò)是一個相對單獨的網(wǎng)絡(luò)，可以考慮對主變20 kV系統(tǒng)和20 kV系統(tǒng)出線的零序過流定值進行規(guī)范統(tǒng)一；

（4）在現(xiàn)場，應(yīng)注重相間保護和零序保護定值上的配合，以便正確區(qū)分相間和單相故障。

[1]DL/T 584－2007.3 kV～110 kV電網(wǎng)繼電保護裝置[M].北京∶中國電力出版社，2008.

[2]周小梅.客戶端20 kV變電所接地電阻值的探討[J].江蘇電機工程，2009，29（1）∶26-28.

[3]付迎拴,王正剛,鄺 石.中壓電網(wǎng)接地方式的綜合選取方法[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006（15）∶101-102.

[4]陳繼森;熊為群.電力系統(tǒng)繼電保護[M].北京∶水利電力出版社，1995.

[5]聶宏展,趙福偉,袁桂東,等.66 kV配電網(wǎng)中性點經(jīng)電阻接地的研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2007（14）∶74-77.